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摘要
目前大多数四足机器人以刚性腿部结构设计而成，部分机器人加入了单一自由度的腰部实现单方向的运动，但是总的来说都难以实现动物腿部肌肉、腰、脊椎关节的柔性运动。在四足动物中，猫拥有极强的运动灵活性。为更好地模拟猫的运动特性，参照猫的腿部骨骼结构和柔性组织，提出了一种具有柔性腿部和主动腰部的仿猫四足机器人设计方法。首先，从仿生学的角度研究猫的生理结构和运动方式，设计了包含弹簧-阻尼器系统四杆机构的柔性腿部，转动灵活且工作稳定的主动腰部和带有脊柱固定系统的前后躯干。同时，使用有限元分析工具对受力情况复杂的关键零件进行强度与刚度优化。之后，开发了运用新设计的仿猫四足机器人原型机，通过运动仿真软件配合原型机，进行了Trot步态行走、跳跃、落地缓冲和越障等实验。实验结果表明，相较传统的刚性腿部结构和单自由度腰部，应用该设计方法的四足机器人在运动性能方面有着显著优势，充分验证了其可行性与有效性。研究结果为四足机器人的设计提供了一种新的解决方案并给出了其理论依据和参考设计实例。
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